超临界直流锅炉干湿态转换控制要点探析

赵晓鹏，樊永新，张玉平

（1.宁夏京能宁东发电有限责任公司；2.北京京能新能源公司宁夏分公司，宁夏 灵武 750400）

超临界直流锅炉干湿态转换控制要点探析

赵晓鹏1，樊永新1，张玉平2

（1.宁夏京能宁东发电有限责任公司；2.北京京能新能源公司宁夏分公司，宁夏 灵武 750400）

超临界锅炉干湿态转换是锅炉在启动过程中一个极为关键的过程，操作中稍有不当将造成金属壁温超温或过热器进水等问题，严重时危及锅炉设备安全运行，为实现锅炉启动中干湿态平稳、顺畅过度，本文通过总结宁东电厂660MW超临界直流炉干、湿态转换的实际操作经验，充分分析干湿态转换过程中发生的各类问题，提出锅炉干湿态转换的操作要点和注意事项。

超临界直流锅炉；干湿态转换；控制要点

随着国内火电行业的发展，600MW级超临界机组普遍投入使用，超临界直流锅炉的具有启动速度快，具有经济性和可靠性高的特点，但由于超临界直流锅炉自身的汽水特性，使得超临界锅炉在干、湿态转换过程存在许多不稳定的因素，如在超临界锅炉启动过程中的转态参数控制不当，容易发生锅炉干、湿态频繁转换，引起分离器储水箱水位波动大，主再热汽温波动大，造成锅炉发生汽温、壁温超温或过热器进水甩汽温等不安全事件，严重影响锅炉的安全运行。根据宁东电厂660MW超临界直流锅炉干、湿态转换的实际操作经验和出现的问题，全面分析锅炉启动过程中干、湿态转换参数的控制要点和注意事项，减少锅炉干湿态转换过程出现的参数波动，确保锅炉的安全运行。

1 设备概述

宁夏京能宁东发电公司2X660MW燃煤汽轮发电空冷机组，锅炉型号：HG-2210/25.4-YM16，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈加垂直管直流炉，单炉膛、一次中间再热、墙式切圆低氮燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉，锅炉采用紧身封闭方式。主要参数见表1锅炉主要参数表所示。

1.1 锅炉启动系统

锅炉炉膛下部水冷壁及灰斗采用螺旋管圈布置方式，维持炉膛下部水冷壁具有较高的质量流速，提高锅炉在不同工况下水冷壁的冷却能力，并能有效地减少沿炉膛高度不同的热偏差，采用螺旋水冷壁提高锅炉的不同负荷下水动力的稳定可靠性；在锅炉前墙外侧布置采用4个启动分离器和1个贮水箱，分离器和贮水箱壁厚均匀，在变负荷情况下温度变化时均有较小的热应力，适合机组的滑压运行。锅炉设计了大气式疏水扩容器的启动系统，布置了足够容量的大气式扩容器和疏水箱，提高了锅炉的启动速度，减少了机组的启动时间，锅炉启动汽水系统布置简单、运行可靠性高。

表1 锅炉主要参数表

1.2 锅炉燃烧方式和制粉系统的配置

锅炉共布置了6层低NOX直流燃烧器，每层4只，采用四面墙布置、切圆燃烧方式，对应6台ZGM113G-II中速磨煤机的正压直吹式制粉系统。哈锅厂采用自主设计的新型墙式切圆燃烧方式，提高锅炉沿炉膛水平方向热负荷分配的均匀性。墙式切圆的燃烧方式，由于一次风煤粉气流垂直于水冷壁，炉内切圆燃烧更稳定，且较大的切圆直径使炉内火焰充满度良好，对于维持炉内燃烧的稳定性非常有利。在锅炉主燃烧器上部5.3米处布置4层高位SOFΑ风，二次风采用深度分级布置，有利于降低锅炉Nox的生成量。

2 宁东电厂超临界直流锅炉干、湿态转换过程分析

总结以往锅炉启动转态的过程，锅炉螺旋水冷壁和垂直水冷壁受热面壁温会出现不同程度的超温现象，分析出现水冷壁超温的原因有以下几点：

2.1 煤水比失调

（1）在锅炉转干态过程中，机组负荷控制不当增加过快，通常，超临界直流锅炉在25%BMCR负荷前为湿态运行方式，在25%-35%BMCR负荷段即开始转干态运行，锅炉转为亚临界直流运行，当在转态过程中及刚完成转态时，如机组负荷不注意控制增加较多时，锅炉必须增加燃料量以维持蒸发量与负荷的匹配，锅炉蒸发量的增加，容易导致燃煤量增加过快，由于煤粉燃烧完全具有滞后性，同时，直流锅炉存在热惯性小的特点，当煤粉完全燃烧产生的热量释放后就会出现分离器出口过热度及锅炉水冷壁壁温大幅上升的情况，容易造成锅炉主汽温度及受热面超温。

（2）如在锅炉转干态过程中，出现分离器出口过热度及主汽温度变化率较大时，锅炉减温水自动投入，以约15-35t/h的流量控制汽温的快速升高，不仅导致减温器后各段蒸汽温度的快速下降，而且由于主汽压力的升高瞬时使机组负荷增加，引起给水控制发生扰动，给水自动调节跟不上使得给水量瞬间减少，造成分离器出口过热度和水冷壁壁温上升较快；由于主蒸汽减温水取自给水管路，大量的减温水投入，使得进入水冷壁的给水量减少，加剧了锅炉实际水煤比的严重失调。

2.2 水冷壁产生壁温偏差

锅炉水煤比只是宏观判断水冷壁整体的换热工况，而不能具体体现水冷壁各管道中的工质温度变化情况。由于切圆燃烧锅炉客观存在的热偏差，造成锅炉四面水冷壁的吸热偏差而导致循环流量偏差扩大，进而产生水冷壁流量偏差和吸热偏差的恶化，反映出水冷壁容易产生壁温偏差，截取某次锅炉启动过程中在转干态时锅炉前墙水冷壁壁温变化趋势，水冷壁壁温变化趋势图所示。

由图1曲线可以看出前墙水冷壁壁温较其它三面墙水冷壁壁温高出约50-60℃，说明水冷壁在启动过程中存在壁温偏差。影响超临界锅炉水冷壁壁温偏差的因素比较复杂，不仅水冷壁局部热负荷过大引起水冷壁吸热增强，而且，由于水冷壁各管道流量分配的偏差和换热偏差的存在，最终产生水冷壁壁温偏差增大而发生超温。

2.3 主蒸汽压力控制不当

根据锅炉厂提供的的锅炉冷态启动曲线启动曲线（图2-锅炉冷态启动曲线）来分析 此次锅炉干、湿态转换过程，要求在机组负荷带30%负荷（0-180MW）前应采用定压运行，主汽压力应维持在10.3MPa左右，而实际启动过程中转态时的压力为7.98MPa。此次水冷壁前墙壁温上升较快时的压力如图3水冷壁温度变化趋势所示。

由图3可见，此次，发生水冷壁温快速升高时的压力大约为7.98MPa。在冷态启动过程中，在低负荷段主汽压力控制较低，通常主汽压力低于13MPa，在此压力下，锅炉水冷壁管道内汽水工质的比容差较大，根据汽水特性，汽水比容差越大其水动力特性的多值性越严重，越容易发生水冷壁换热偏差增大的情况。

2.4 高压旁路调节阀开度的影响

在启动阶段，高压旁路调节控制不平稳或操作幅度过大，造成锅炉的启动流量过大，引起进入锅炉的煤量过多，锅炉的热负荷过快，且在整个启动过程中一般投入运行的制粉系统为#1、#2、#3磨煤机，都是下层磨，造成锅炉火焰太过集中，造成水冷壁区域热负荷过高。

3 锅炉干湿态转换时的控制要点

对超临界直流炉来说，从湿态运行到干态运行是机组启动过程必经的一个特殊阶段，此过程是锅炉水冷壁产生蒸汽、工质从循环流动到强制流动的转换过程，是锅炉启动过程的重要节点。结合宁东电厂660MW超临界直流锅炉干、湿态转换的实际操作经验分析，在锅炉启动干湿态转换时应重点控制以下几方面：

3.1 干、湿态转换参数的选择

对超临界直流锅炉，为保证锅炉水冷壁在低负荷运行期间有足够的水循环流量，最小给水流量不能小于本生流量630t/h；同时，由于启动分离器的分离能力有限，为防止发生过热器管道水塞事故，通常在180-240MW负荷范围进行转换。

3.2 控制分离器出口蒸汽过热度

锅炉转干态运行后，尽可能控制分离器出口过热度在10℃左右，当给水与煤量调整不当发生水煤比严重失调时，汽水分离器出口的过热度将快速上升，导致水冷壁管大面积超温，在冷态启动的初期，分离器出口过热度大于10℃时，水冷壁就会有超温的危险。所以，锅炉冷态启动初期，主汽压力在13MPa之前要控制水煤比在6-6.3的范围内，且维持稳定不发生大的波动，控制水煤比的主要方法为：先稳定锅炉给水流量，再通过手动调节给煤量，由于在煤油混烧时锅炉的热负荷不易控制，需要仔细微调。

3.3 维持给水流量应稳定

转态过程中维持给水流量650t/h左右，注意汽泵出口流量、转速和压力的匹配，调整汽泵再循环调门开度时注意给水流量和压力的变化，以免发生汽泵进入不稳定工作区，引起给水流量的大幅波动。

3.4 燃料量的调整应平缓

锅炉转入干态运行后，由于煤完全燃烧有较强的滞后性，应根据升温、升压率的变化调整锅炉的燃料量，且操作应平缓，根据实际经验，转干态后锅炉总煤量比转态前增加约20t/h左右。

3.5 合理分配辅助风

通过增加锅炉一次风压来提高一次风汽流的刚度，总风量不变的情况下，相应的二次风流量应减少，为防止邻角一次风火焰的相互冲击，减少炉内火焰刷墙燃烧，四角一次风速偏差应不大于10%。当前墙水冷壁有超温趋势时，应开大前墙燃烧器区域的辅助风挡板，关小后墙燃烧器区域的辅助风挡板，将火焰切圆中心向后推移避免发生水冷壁超温。

3.6 转干态前维持较高主汽压力

根据汽水的比容特性，当锅炉主汽压力越低时，水冷壁内的汽水比容差越大，水冷壁管内越易产生流量偏差，在机组200MW负荷之前，应尽早通过燃烧调整将主汽压力维持在13MPa以上，主汽压力高有利于平衡水冷壁各管道工质的流量偏差，减少水冷壁的吸热不均，防止超温。

3.7 提高给水温度

锅炉点火前及启动初期，辅汽对除氧器的加热能力是有限的，因此提高给水温度的一个最有效途径是投入临机加热系统，即投入#1机冷再供#2机#2高加加热汽源，可使#2高加产生约100℃左右温升，从而较大幅度提高进入锅炉的给水温度。而投入临机加热系统前，应尽早对该系统充分暖管疏水，保证在锅炉点火前4小时投入临机加热，尽可能地将锅炉受热面水冷壁金属温度提高到100℃以上。

3.8 合理控制机组冷态启动速度

由于锅炉在冷态启动时炉内燃烧的不均匀性和不稳定性，造成炉内热负荷分布不均匀，因此，必须控制好锅炉的升温升压速率，控制升温率不大于1.5℃/min，升压率不大于0.1MPa/min，金属温度变化率不大于3℃/min，缓慢平稳增加锅炉燃料量，避免燃烧工况和水动力产生较大的扰动，在低负荷时停留较长时间暖机，这样有利于稳定燃烧和提高主汽压力。

4 结束语

超临界直流锅炉的干、湿态转换是机组启动过程中的重要节点，在转换过程中，主汽压力、主汽温度、过热度、贮水箱水位及燃料量等参数的调整非常重要，控制不当容易发生锅炉水煤比失调，出现锅炉干湿态频繁转换的运行工况，造成主汽温度、分离器出口过热度等各主要参数剧烈波动，威胁锅炉受热面的安全运行。对于超临界锅炉干、湿态转换的过程，必须全面考虑转换过程中可能出现的异常和风险，采用合理的、安全的控制策略和操作方式，确保干湿态转换过程平稳顺畅，保证锅炉的安全运行。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.033

赵晓鹏（1973-），男，宁夏青铜峡人，本科，工程师，主要从事火力发电厂锅炉运行管理工作。